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Magnetisches Flussmittel
Diese Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines magnetischen Flussmittels für elektrische
Lichtbogenschweissung.
Pulverisierte Flussmittel-Gemische sind schon lange bei elektrischen Schweissverfahren in Verwen- dung, bei welchen der Lichtbogen von einer dicken Schicht eines solchen Gemisches abgeschirmt ist, das auf das Werkstück den Schweissweg entlang aufgetragen wird (Unterpulverschweissung). Um den Bedarf an Flussmitteln auf das kleinste Mass zu bringen und um die visuelle Prüfung der Schweisszone zu ermöglichen, wurde kürzlich ein magnetisches Flussmittel vorgeschlagen, welches von einem üblichen
Schutzgas zu der Düse eines gasumspülten Lichtbogenschweissrohres geführt wird, wo es elektromagnetisch zur Oberfläche der stromführenden Elektrode hingezogen wird.
Der sich ergebende Flussmittelbelag auf der Elektrode - wenn er durch das Vorhandensein eines Schutzgasstromes ergänzt wird -, gewährt hinreichenden Schutz für die Schweisszone und macht es im Prinzip möglich, die vereinigten Vorteile der Unterpulver- und der Schutzgas-Lichtbogenschweissung zu verwirklichen.
Die einzelnen magnetischen Flussmittel, die vordem verfügbar waren, hatten dennoch gewisse Unzulänglichkeiten insofern, als häufige Einschlüsse von Quarz im Schweissmetall entstanden ; sie neigten zur Gasentwicklung, wenn sie der Schweisshitze ausgesetzt waren ; und die erstarrte Schlacke konnte nicht immer leicht entfernt werden.
Zur Behebung dieser Schwierigkeiten schlägt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines feinverteilten Flussmittels bestehend aus einer durch ein Bindemittel zusammengehaltenen und nachträglich zerkleinerten Mischung aus 12 - 400/0 Rutil, 1 - 10 % anorganischem Fluorid, 1 - 10 % Silizium und 2-10% Mangan (elementar als Siliziummangan oder als Ferrosilizium bzw. Ferromangan, wobei jedoch das Ferrozilizium durch Aluminium, Ferroaluminium, Ferrotitan oder Ferrozirkon ersetzt werden kann) 15-40% Eisen und/oder Magneteisenstein und einem Bindemittel, gegebenenfalls mit bis zu 25% Mangandioxyd, bis zu 10% Magnesiumoxyd und bis zu 30% Aluminiumoxyd, als elektromagnetisch haftende Bekleidung einer Schweissstrom leitenden Elektrode vor.
Vorzugsweise besteht das erfindungsgemäss zur Anwendung gelangende Flussmittel aus 17-33% Rutil, 2 - 60/0 anorganisches Fluorid, 2-9% Silizium und 4-7% Mangan (elementar oder als Eisenlegierungen oder Siliziummangan), 20-28% Eisen und/oder Magneteisenstein, bis zu 13% Mangandioxyd, bis zu 5 % Magnesiumoxyd, bis zu 25% Aluminiumoxyd und ein Bindemittel.
Das erfindungsgemäss zu verwendete Flussmittel weist bessere Eigenschaften hinsichtlich Entfernbarkeit der Schlacke auf als die vordem verwendeten magnetischen Flussmittel und es hinterlässt keinen Quarz in dem Schweissmetall. Auch entwickelt es keine Gase, die zu Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften des Schweissmetalls führen können. Einige Flussmittel für elektrische Lichtbogenschweissung enthalten bis zu 20% Kalziumkarbonat, damit genügend Kohlendioxyd durch Zersetzung zum Schutz des Schweissmetalls vorhanden ist. Da das vorliegende Flussmittel kein Kalziumkarbonat enthält, kann die Konzentration der schweisswirksamen Verbindungen höher sein und es kann folglich die Wirtschaftlichkeit vergrössert werden.
Das vorliegende Flussmittel weist eine beträchtliche abschirmende Wirkung auf, so dass die Schweissung kontinuierlich durchgeführt werden kann und die Ausstrahlung vom Lichtbogen, die auf den Arbeiter einwirkt, herabgesetzt wird. Das Flussmittel verringert das Spritzen und ermöglicht die Verwendung höherer Ströme, als es vordem möglich war, ebenso wie es das Schweissen sowohl nach abwärts als auch überkopf möglich macht.
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Rutil ist ein wesentlicher Bestandteil des Flussmittels ; hauptsächlich stabilisiert es den Lichtbogen, aber es wirkt auch schlackenvermindernd. Ferrosilizium wirkt als Desoxydationsmittel und kann durch Ferroaluminium oder Aluminiumpulver ersetzt werden. Ferrotitan und Ferrozirkon wurden auch als Desoxydationsmittel bei diesem Flussmittel verwendet und erwiesen sich als befriedigend. Wenn die Elektrode genügend Desoxydationsmittel enthält, dann muss im Flussmittel keines vorhanden sein. Ferro- mangan hat verschiedene Wirksamkeiten. Es besitzt eine desoxydierende Wirkung, aber beim Fehlen von Ferrosilizium oder einem gleichwertigen Desoxydationsmittel bleibt das Schweissmetall sehr porös. Deshalb muss das Flussmittel eine Legierung von Silizium oder von einem der vorerwähnten Ersatzstoffe und auch eine von Mangan enthalten.
Das Silizium und Mangan können in der Form von Ferrosilizium, Ferromangan oder Siliziummangan, oder als Gemische dieser Legierungen vorhanden sein. Ferromangan entschwefelt auch das Schmelzmetall und verleiht im allgemeinen der Schweissraupe eine gutaussehende Oberfläche. Manganerz verbessert das Verhalten der Schlacken beträchtlich. Da man zu dem Schmelzmetall Mangan hinzufügt, hat es auch dem Ferromangan ähnliche Wirksamkeiten, so dass, wenn ein hoher Manganerzgehalt vorhanden ist, die Menge an Ferromangan im Flussmittel verkleinert werden kann. Manganerz ist ein Oxydationsmittel, und wenn eine merkliche Menge davon vorhanden ist, muss eine entsprechende Erhöhung des Anteils der reduzierenden Stoffe im Flussmittel stattfinden. Das Manganerz wirkt zusammen mit den Oxyden von Aluminium und Magnesium schlackenvermindernd.
Luftzugwiderstand und Widerstand gegen Luftzutritt werden von dem Anteil an anorganischem Fluorid bewirkt.
Da es erforderlich ist, dass das Flussmittel an der Elektrode magnetisch haftet, ist ein ferromagnetischer Bestandteil vorhanden, gewöhnlich entweder metallisches Eisen oder ein Ferrit wie Magnet-
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Das verwendete Bindemittel ist gewöhnlich Natriumsilikat, Natriumaluminat oder Kaliumaluminat, oder Gemische dieser Verbindungen, wobei die Kaliumverbindung bei der Schweissung mit Wechselstrom
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Legierungszusätze zum Schweissmetall können durch Zusatz der zu legierenden Metalle zum Flussmittel gemacht werden, da sie normal die Wirkung des Flussmittels nicht beeinflussen.
Die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Schweissstelle hängen nicht nur von. dsr Zusammensetzung der verwendeten Elektrode, sondern in hohem Masse auch von der Zusammensetzung des Flussmittels ab. Zum Beispiel wird, wenn der Mangangehalt des Flussmittels hoch ist, die Zugfestigkeit des Schweissmetalls vergrössert. Es ist deshalb möglich, Schweissstellen mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften bei Verwendung derselben Elektrode durch Änderung des Flussmittels innerhalb des gegebenen Bereiches zu erhalten. Die Vorteile und neuen Merkmale des vorliegenden Flussmittels werden durch folgende Beispiele erläutert.
Das Flussmittel wurde mit Kohlendioxyd durch das Gaseinlassrohr zu der Düse geführt, wo es innen zur Elektrode abgelenkt wurde, an der es magnetisch haftet. BaetSHss- mittelbelag, der sich bildete, war zusammenhängend und glatt. Die Elektrode und der Elussmittelbelag wurden durch den Lichtbogen geschmolzen, wobei das Flussmittel eine leicht entfernbare Schlacke auf der Oberfläche des Schweissmetalls bildete.
Die folgende Tabelle zeigt die Zusammensetzungen der verschiedenen geprüften Flussmittel :
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Tabelle I
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<tb>
<tb> Flussmittel <SEP> Beispiel <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12
<tb> MnO2 <SEP>
<tb> 3.4% <SEP> MgO <SEP> 4. <SEP> 5 <SEP> 4.7 <SEP> 4.7 <SEP> -- <SEP> 4.7 <SEP> 3.5 <SEP> 7.1 <SEP> 7.2 <SEP> -- <SEP> 8.5 <SEP> 4.1 <SEP> 7.2
<tb> MgO <SEP> 4.5 <SEP> 4.7 <SEP> 4.7 <SEP> -- <SEP> 4.7 <SEP> 3.5 <SEP> 7.1 <SEP> 7.2 <SEP> -- <SEP> 8.5 <SEP> 4.1 <SEP> 7.2
<tb> Rutil <SEP> 28. <SEP> 1 <SEP> 29. <SEP> 2 <SEP> 29. <SEP> 2 <SEP> 32. <SEP> 7 <SEP> 22. <SEP> 3 <SEP> 28. <SEP> 8 <SEP> 29. <SEP> 0 <SEP> 29. <SEP> 0 <SEP> 35. <SEP> 3 <SEP> 29. <SEP> 2 <SEP> 16. <SEP> 6 <SEP> 29. <SEP> 3 <SEP>
<tb> Schlacke <SEP> mit <SEP> hohem
<tb> Anteil <SEP> an <SEP> Al2O3 <SEP> 24.
<SEP> 8 <SEP> 19.4 <SEP> 14.4 <SEP> 17.3 <SEP> 14.6 <SEP> 18.2 <SEP> 14.3
<tb> Al <SEP> 0 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 3 <SEP> gebrannten <SEP>
<tb> Bauxit <SEP> 16. <SEP> 8 <SEP> 17. <SEP> 5 <SEP> 17. <SEP> 5 <SEP> 24. <SEP> 7 <SEP> 15. <SEP> 4 <SEP>
<tb> #Kryolith <SEP> 1. <SEP> 8 <SEP> 1.8 <SEP> 3.5 <SEP> 3.5 <SEP> 3.6 <SEP> 4.0 <SEP> 3.1 <SEP> 3.6
<tb> Fluorid#
<tb> #Caf2 <SEP> 2. <SEP> 2 <SEP> 2.3 <SEP> 2.3 <SEP> 5.5
<tb> Magneteisenstein <SEP> 16.8 <SEP> 16.3 <SEP> 12.9 <SEP> 12.4 <SEP> 12.9 <SEP> 7.1 <SEP> 7.1 <SEP> 7.2 <SEP> -- <SEP> 12.2 <SEP> -- <SEP> 7.2
<tb> Eisen <SEP> 5. <SEP> 6 <SEP> 7. <SEP> 0 <SEP> 10. <SEP> 4 <SEP> 10. <SEP> 1 <SEP> 10. <SEP> 6 <SEP> 16. <SEP> 5 <SEP> 16. <SEP> 6 <SEP> 14. <SEP> 0 <SEP> 20. <SEP> 2 <SEP> 9. <SEP> 1 <SEP> 47. <SEP> 5 <SEP> 16.
<SEP> 7 <SEP>
<tb> Ferrosilizium
<tb> (50% <SEP> Fe <SEP> - <SEP> 50% <SEP> Si) <SEP> 12.4 <SEP> 9.3 <SEP> 9.3 <SEP> 7.9 <SEP> 9.4 <SEP> 8.2 <SEP> 8.3 <SEP> 8.4 <SEP> 3.6 <SEP> 11.6 <SEP> 8.8 <SEP> 8.4
<tb> Siliziummangan
<tb> (30% <SEP> Si-63% <SEP> Mn-7% <SEP> Fe) <SEP> 8. <SEP> 4 <SEP> 8. <SEP> 7 <SEP> 8. <SEP> 8 <SEP> 7. <SEP> 9 <SEP> 8. <SEP> 8
<tb> Ferromangan
<tb> (15% <SEP> Fe-85% <SEP> Mn) <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 8.2 <SEP> 8.3 <SEP> 8.4 <SEP> 5.0 <SEP> 7.9 <SEP> 6.8 <SEP> 8.4
<tb> MnO <SEP> ----------12. <SEP> 9 <SEP>
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Die in jedem Fall verwendete Elektrode war kohlenstoffarmer Stahl. Der Durchmesser der Elektrode war 2,4 mm.
Ein Gleichstrom von 400 Ampere wurde der Elektrode zugeführt und alle Proben wurden bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Luft von 80 m/min durchgeführt, was auf die Schweissstelle keinen Einfluss hatte.
Im Flussmittel, Beispiel 9, oben, wurde ManganmonoxydJan Stelle von Manganerz verwendet. Dieses Gemisch hat keine merkliche oxydierende Wirkung, verleiht aber sonst dem Schmelzmetall dieselben Eigenschaften wie das Mangandioxyd.
Die bevorzugte Zusammensetzung ist die des oben angeführten Flussmittel-Beispieles Nr. 12. Ein solches Flussmittel wurde auch mit Wechselstrom erprobt bei Verwendung von 3% Kaliumaluminat als Bindemittel an Stelle von Natriumaluminat, und es erwies sich als völlig zufriedenstellend. Die erzeugten Schweissstellen hatten sowohl gute mechanische Eigenschaften als auch sehr gute Perlitstruktur bei allen Arten von Schweissungen.